DE2715951A1

DE2715951A1 - Brennkraftmaschine mit einer gemischbildungs- und einer abgasnachbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2715951A1
Application number: DE19772715951
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Hofmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53126432A; SE7803171L; DE2715951C2; SE442133B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit
einer Gemischbildungsvorrichtung in einer Saugleitung, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie einem thermischen oder katalytischen Reaktor, in einer Abgasleitung, und mit Mitteln zur Einstellung eines konstanten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und zur Zufuhr unverbrannter Luft zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
Bei einer bekannten derartigen Brennkraftmaschine (Motortechnische Zeitschrift 36, 1975, S. 88) ist eine Sekundärluft-Pumpe vorgesehen, die der Abgasnachbehandlungsvorrichtung atmosphärische Luft zusätzlich zu den Abgasen der Brennkraftmaschine geregelt zuführt. Soll der Brennkraftmaschine für den funktionell günstigen Motorbetrieb über den gesamten Betriebsbereich ein optimales Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem entsprechend veränderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältni s zugefuhrt werden, so erfordert dies auch hierfür aufgrund der zahlreichen zu berücksichtigenden Parameter, wie z.B. Drehzahl, Drosselklappenstellung und Kühlwassertemperatur, einen erheblichen steuerungs- bzw. regeltechnischen Aufwand für die Gemischbildungsvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit geringem konstruktiven Aufwand sowohl das Kraftstoff-Luft-Gemisch für den Motorbetrieb als auch das konstante Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Abgasnachbehandlung mit insgesamt geringem Steuer- bzw. Regelaufwand optimal einstellbar sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Gemischbildungsvorrichtung einen Luftmengenmesser aufweist und das konstante Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt und daß ein steuerbarer Uiftfuhrungskanal nach dem Luftmengenmesser von der Saugleitung abzweigt und vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in die Abgasleitung einmündet.
Die Einstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Motorbetrieb erfolgt somit durch Steuerung des Durchsatzes im den Motor umgehenden Luftführungskanal. Sie erfordert damit einen Steuerungsaufwand, der lediglich etwa dem für eine Sekundärluft-Pumpe entspricht. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Abgasnachbehandlung kann z.B. durch eine bekannte, konstruktiv einfache Einspritzvorrichtung mit dem Luftmenge'nmesser und Kraftstoffeinspritzventilen auf einen konstanten Werft eingestellt werden. Dabei ist der mit dem Luftmengenmesser bestimmten Luftmenge stets eine gleichbleibend proportionale Kraftstoffmenge zuzuordnen. Sowohl das optimale Kraftstoff-Luft-Gemisch für den Motorbetrieb als auch das konstante Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Abgasnachbehandlung können gesteuert eingestellt werden und erfordern keine teuere Regelung.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann insbesondere stöchiometrisch sein; in diesem Fall kann wegen der Abgaszusammensetf zung ein konstruktiv einfacher und relativ billiger Einbett-Ka-talysator als Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden. Ferner kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen gegelber einem stöchiometrischen Verhältnis um einen Faktor ( B) zwischen 1,05 und 1,15 größeren Luftanteil aufweisen.
Dies führt zu einer besonders geringen Emission an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid.
Enthält der Luftführungskanal als Einrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes in ihm und damit des optimalen Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Motorbetrieb eine Luftpumpe mit steuerbarem Antrieb, so ist der konstruktive, fertigungs- und steuerungstechnische Aufwand zusätzlich verringert. Die i ams-cellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Motorbetrieb erfolgt an einer einzigen Stelle außerhalb der Saug- und Abgasleitung.
Anstelle der Luftpumpe kann als Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes im Luftführungskanal eine steuerbare Drosselvorrichtung und an der Einmündung des Luftführungskanals in die Abgasleitung ein Ejektor angeordnet sein.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Busfiihrungsbeispie Is einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen Saug- und Abgasleitung angeordneten, steuerbaren Ltfftftlhrungskanal näher erläutert.
Eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2, von denen einer gezeigt ist,und je einem Eolben 3, ein Einlsßventil 4 und ein Auslaßventil 5 aufweist, besitzt in einer Saugleitung 6 als Elemente einer Gemischblldungsvorrichtung 7 hintereinander einen Luftmengenmesser 8, eine Drosselklappe 9 und ein Kraftstoff-Einspritzventil 10.
Zwischen dem eine Stauklappe enthaltenden Luftmengenmesser 8 und der Drosselklappe 9 zweigt ein Luftführungskanal 11 ab, der in einer Abgasleitung 12 vor einem thermischen Reaktor 13 als Abgasnachbehandlungsvorrichtung einmündet.
Im Luftfuhrungskanal 11 ist eine Luftpumpe 14 angeordnet, deren Antrieb durch ein im einzelnen nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät 15 gesteuert ist. In einer Kraftstoff-Zuführungaleitung 16 des Einspritzventils 10 liegt ein Magnetventil 17, das ebenfalls durch das Steuergerät 15 gesteuert ist Da. Magnetventil 17 steuert die Kraftstoffmenge zu den Einipritzventilen 10 proportional zu der mit dem Luftmengenmesser 8 bestimmten Luftmenge in der Saugleitung 6; dadurch wird auf einfache Weise ein über den gesamten Betriebsbereich der 3rennkraftmaschine 1 konstantes Luft-Kraftstoff -Verhältnis ttr die lbgssnachbehand lungsv orrichtung (13) eingestellt.
Die Einetellung des den Zylindern2 zugeführten Kraftstoffloft-Gemisches geschieht durch das elektronische Steuergerät 15. Dieses steuert den Antrieb der Luftpumpe 14 und damit die von der Saugleitung 6 über den Lutführungskanal 11 abgezweigte Luftmenge abhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 derart, daß das den Zylindern 2 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch für den jeweiligen Betriebszustand optimal ist; sie stellt z.B. im Vollastbetrieb einen Luftanteil des Gemisches ein, der etwa gleich dem 0,85 bis 0,9-fachen des Luftanteils bei einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Die den Zylindern 2 zugeführte Luftmenge ist die Differenz aus der mit dem Luftmengenmesser 8 bestimmten Luftmenge in der Saugleitung 6 und der davon abgezweigten Luftmenge im Luftführungskanal 11. Für die Einstellung der abgezweigten Luftmenge erhält das elektronische Steuergerät 15 als Eingangsparameter beispielsweise die Werte der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, der Stellung der Drosselklappe 9 und der Temperaturen von Kühlwasser, Ansaugluft und Brennräumen 18 der Zylinder 2, sowie des atmosphärischen Luftdrucks.
Das in der Gemischbildungseinrichtung 7 eingestellte Luft Kraftstoff-Verhältnis besitzt beispielsweise einen Luftanteil, der gleich dem 1,10-fachen des Anteils bei einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Damit ist in Verbindung mit der über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hinweg gegebenen Konstanz dieses Verhältnisses sichergestellt, daß der thermische Reaktor 13 stets gleichmäßig mit hohem Konvertierungsgrad arbeiten kann und dadurch sowohl eine lange Lebensdauer besitzt als auch eine gleichbleibend geringe Schadstoffemission aufweist. Die Luftpumpe 14 im Luftführungskanal 11 stellt gleichzeitig mit konstruktiv und steuerungstechnisch geringem Aufwand das den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in jedem Betriebszustand optimal ein.
Anstelle der Luftpumpe 14 kann im Luftführungskanal 11 auch eine angedeutete gesteuerte Drosselvorrichtung 19 angeordnet sein. Die Einmündung des Luftführungskanal 11 in die Abgasleitung 12 ist dann z.B. nach Art eines angedeuteten Ejektors 20 so gestaltet, daß die Luftförderung im Luftführungskanal 11 durch die Strömung in der Abgasleitung 12 bewirkt wirdo L e e rs e i t e

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Gemischbildungs- und einer Ab-RasnachbehandlunR svo rri chtung ~ ~ PatentansDrüche: Brennkraftmaschine mit einer Gemischbildungsvorrichtung in einer Saugleitung, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie einem thermischen oder katalytischen Reaktor, in einer Abgasleitung, und mit Mitteln zur Einstellung eines konstanten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und zur Zufuhr unverbrannter Luft zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischbildungsvorrichtung (7) einen Luftmengenmesser (8) aufweist und das konstante Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt und daß ein steuerbarer Luftführungskanal (11) nach dem Luftuiengenmesser (8) von der Saugleitung (6) abzweigt und vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (thermischer Reaktor 13) in die Abgasleitung (12) einmündet.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftanteil des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen dem 1,05- und dem 1,15-fachen des Luftanteils bei einem stöchiometrischen Verhältnis liegt ('X= = 1,05....1,15
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftführungskanal (11) als Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes eine Luftpumpe (14) mit steuerbarem Antrieb (Steuergerät 15) enthält.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes im Luftführungskanal (11) eine steuerbare Drosselvorrichtung (19) und an der einmündung des Luftführungskanal (11) in die Abgasleitung (12) ein Ejektor (20) angeordnet ist.